基于微观组织预测的TC4叶片精锻过程数值模拟

发布时间：2017-09-04 22:42

  本文关键词：基于微观组织预测的TC4叶片精锻过程数值模拟

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【摘要】：叶片作为航空发动机上的关键零件,对它的组织及性能要求特别高,组织决定性能,因此控制好材料的微观组织尤为重要。本文以TC4合金叶片为研究对象,对DEFORM模拟软件的子程序功能进行扩展,在此基础上运用DEFORM软件对TC4合金的微观组织进行预测,并对叶片的精锻过程进行数值模拟,通过模拟结果分析得到对实际生产有指导意义的工艺参数。本文的主要研究内容如下:(1)首先对TC4合金进行热模拟压缩实验,通过实验得到变形温度分别为890℃,910℃,930℃,950℃,970℃,应变速率分别为0.1s-1,1s-1,10s-1,50s-1,80s-1,变形量分别为10%、50%和80%下的应力应变数据及对应曲线,为建立TC4合金微观组织模型提供数据基础。(2)对热模拟压缩实验后的TC4合金试样进行金相实验,通过实验得到不同的变形温度、变形速率及变形程度对晶粒尺寸的影响并分析其中原因,为微观组织模型的建立提供一定的数据,也为下文TC4合金微观组织数值模拟提供对比实验依据。(3)通过实验数据建立微观组织模型,再将模型嵌入到DEFORM软件中,对其的微观组织子程序进行扩展,并对圆柱进行镦粗模拟,将热模拟压缩试验和模拟结果的对比可知,两者的误差不超过9.6%,因此所建立的微观组织模型是可以预测TC4钛合金的微观组织的。(4)针对不同的工艺参数,对TC4合金叶片在制坯—预锻—终锻各个工步下的微观组织进行了数值模拟,通过模拟结果分析,得到了叶片微观组织的演化规律,为工艺参数的合理化选择充当依据,并得出TC4叶片的成形的工艺参数分别如下:制坯温度选择950℃,预锻温度选择930℃,终锻温度选择910℃;变形速率选择20mm/s;摩擦系数选择0.1较为合理。
【关键词】：TC4合金 叶片 数值模拟 工艺参数 微观组织
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V263;TG316
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 引言12
• 1.2 钛合金简述12-15
• 1.2.1 钛合金的基本特性及应用12-13
• 1.2.2 钛合金的分类13-14
• 1.2.3 TC4钛合金及微观组织14-15
• 1.3 叶片锻造成形技术15-16
• 1.4 数值模拟在锻造过程中的应用及研究现状16-18
• 1.5 课题研究背景及意义18-19
• 1.6 本文的主要研究内容19-20
• 第2章 TC4钛合金的高温变形实验研究20-27
• 2.1 引言20
• 2.2 热模拟压缩实验20-22
• 2.2.1 实验材料20-21
• 2.2.2 实验方案21
• 2.2.3 实验设备21-22
• 2.3 热模拟压缩试验结果22-25
• 2.3.1 实验得到的应力应变曲线22-24
• 2.3.2 摩擦修正后的流变应力曲线24-25
• 2.4 本章小结25-27
• 第3章 TC4钛合金高温变形的微观组织模型的建立27-38
• 3.1 引言27
• 3.2 变形工艺参数对微观组织的影响27-32
• 3.2.1 金相实验27-28
• 3.2.2 应变速率对微观组织的影响28-29
• 3.2.3 变形温度对微观组织的影响29-31
• 3.2.4 变形程度对微观组织的影响31-32
• 3.3 TC4钛合金微观组织模型建立32-36
• 3.5 本章小结36-38
• 第4章 基于DEFORM的微观组织模拟功能的扩展38-45
• 4.1 引言38
• 4.2 DEFORM-3D子程序的扩展38-40
• 4.3 DEFORM-3D子程序扩展的可靠性验证40-43
• 4.3.1 有限元模型40
• 4.3.2 设定工艺参数40
• 4.3.3 模拟结果及分析40-42
• 4.3.4 模拟结果的验证42-43
• 4.4 本章小结43-45
• 第5章 叶片制坯过程微观组织模拟45-59
• 5.1 引言45
• 5.2 有限元模型45
• 5.3 挤杆过程模拟方案的制定45-46
• 5.4 挤杆过程模拟结果及分析46-51
• 5.4.1 变形温度对微观组织的影响46-48
• 5.4.2 上模下压速率对微观组织的影响48-49
• 5.4.3 摩擦因子对微观组织的影响49-51
• 5.5 镦头过程模拟方案的制定51
• 5.6 镦头过程模拟结果及分析51-57
• 5.6.1 变形温度对微观组织的影响51-54
• 5.6.2 上模下压速率对微观组织的影响54-56
• 5.6.3 摩擦因子对微观组织的影响56-57
• 5.7 本章小结57-59
• 第6章 叶片预锻及终锻过程微观组织模拟59-78
• 6.1 引言59
• 6.2 有限元模型59
• 6.3 预锻模拟方案的制定59-60
• 6.4 叶片预锻模拟结果及分析60-66
• 6.4.1 变形温度对叶片预锻过程微观组织的影响60-62
• 6.4.2 上模下压速率对叶片预锻过程微观组织的影响62-64
• 6.4.3 摩擦因子对叶片预锻过程微观组织的影响64-66
• 6.5 终锻模拟方案的制定66-67
• 6.6 叶片终锻过程模拟结果及分析67-75
• 6.6.1 变形温度对叶片终锻过程微观组织的影响67-70
• 6.6.2 上模下压速率对叶片终锻过程微观组织的影响70-73
• 6.6.3 摩擦因子对叶片终锻过程微观组织的影响73-75
• 6.7 本章小结75-78
• 结论78-80
• 参考文献80-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果86-87
• 致谢87-88

【参考文献】

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本文编号：794293